河南省纺织建筑设计院有限公司 河南郑州 450007
摘要：建筑节能是指在建筑物的规划、设计、新建、改造和使用过程中，执行节能标准，采用节能型的技术、工艺、设备、材料和产品，，加强建筑物用能节约，利用可再生能源，在保证室内环境质量的前提下，减少建筑的能耗。本文作者结合实际工作，分析了了住宅建筑节能设计的主要方面及设计措施，以更好的落实节能设计及政策，节约能源，持续化发展。
关键词：住宅建筑；节能设计；节约能源
随着社会的现代化、科技化、信息化发展，随着人们生活水平的不断提高，节约能源、保护环境，早已成了我们国家的方针政策，建筑的节能设计也成为了建筑设计中的重点。尤其是住宅建筑的节能设计，也成了我国现阶段建筑设计的必须重要组成部分，在设计审查中重点审查强制执行的内容。
下面就结合我们在实际建筑设计工作中所做的节能设计，以住宅建筑的节能设计为中心，参照结合我院设计的大河宸苑项目（项目所在地河南省、气候分区：寒冷地区B区）的节能设计，做一设计总结分析，以期对大家有所帮助，对建筑节能行业做一点微薄的贡献。
一、居住区规划设计
1、总图规划原则
建筑总平面的布置与设计，利用冬季日照并避开冬季主导风向，利用夏季自然通风。其自然通风的房间数，应不少于全部房间的30%。
2、项目选址
项目选址综合考虑整体生态环境因素，充分利用现有的城市资源，避免在建设过程中对本地区原生态环境造成破坏，考虑项目建成之后人与周围环境的动态平衡，符合可持续发展的原则。
3、外部环境设计
本项目规划之初考虑营造小区和谐的周围及内部环境。用地沿城市规划道路南侧后退，在城市道路和基地之间营造一道绿色屏障，有效阻挡风沙，净化空气，同时起到降噪的目的，极大提高了基地内部的环境品质。基地内部大于30%的绿化率，保证大面积的绿化，改善夏季炎热时段小区内部地面的热岛效应。
4、规划和体型设计
单体之间有较大间距，形成较大空隙，有利于夏季南向风引入，使建筑单体得到穿堂风，冬季日照效果均好。
5、日照环境设计
单体布局统筹考虑，满足本地块内不同性质建筑的日照标准。最大限度的拉大建筑单体东西、南北之间的间距，使得建筑单体在冬季获得充足的日照，提高单体内部空间的采光品质和通风效果，加大了视觉卫生距离和消防间距。
二、建筑节能设计
2.1、设计依据：
《河南省公共建筑节能设计标准》。
《河南省居住建筑节能设计标准》。
《建筑幕墙》。
《民用建筑热工设计规范》。
《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》。
《全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇建筑分册》
《建筑采光设计标准》
2.2、地理气候分区
本项目气候分区为：寒冷B区
2.3、建筑设计方案阶段节能设计以及拟采取的节能措施
2.4、建筑节能功能分类设计
2.4.1、居住建筑节能设计
1、居住建筑住宅大于14层的体形系数控制在0.26及0.26以下，4~8层的体型系数宜控制在0.33以内。
2、居住建筑的楼梯间均有外窗，规格同住宅。
3、居住建筑的外围护结构的外墙均采取外保温措施。
4、围护结构热桥部位采取保温措施，保证其内表面温度度不低于室内空气露点温度。
5、居住建筑的窗户面积不宜过大，窗墙面积比应符合下列条件：
a）北向窗墙面积比不宜大于0.30，并不应大于0.40
b）东西向窗墙面积比不宜大于0.35，并不应大于0.45
c）南向窗墙面积比不宜大于0.50，并不应大于0.60
6、卧室、起居室（厅）应有与室外空气直接流通的自然通风；单朝向住宅应采取通风措施。
7、居住建筑的北向不设置凸窗。其它方向凸窗与室外空气接触的围护结构按墙体要求采取保温措施。凸窗突出外墙不宜大于500mm，凸窗传热系数限值应比普通窗低15%，且其不透明的顶部、底部、侧面的传热系数应小于或等于外墙的传热系数。
8、住宅建筑的西向居住空间的朝西外窗均采取遮阳措施；住宅朝西向卧室的外窗均采取遮阳设计，设活动式（如百叶系统、卷帘系统等）遮阳设施，具体做法待施工图设计时结合建筑外立面深化确定。
9、采用气密性良好的窗户（包括阳台门），其气密性等级，不应低于国家标准《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》规定的7级水平，六层以下的不低于规定的6级水平。
10、外窗窗框与墙体之间的缝隙采用无机轻集料保温砂浆封堵。窗框四周与抹灰之间的缝隙，采用无机轻集料保温砂浆和嵌缝密封膏密封。
11、应符合建办《建设委员会关于在全市民用建筑工程中推广应用太阳能的通知》中，太阳能热水系统与建筑一体化设计的规定。
2.4.2、公共建筑节能设计
1、单栋建筑面积大于 300㎡的建筑，或单栋建筑面积小于或等于 300㎡但总建筑面积大于 1000㎡ 的建筑群，应为甲类公共建筑；单栋建筑面积小于或等于 300㎡的建筑，应为乙类公共建筑。
建筑面积大于300㎡且小于等于800㎡的公共建筑体型系数应满足小于或等于0.5；建筑面积大于800㎡的公共建筑体型系数应满足小于或等于0.4。
2、寒冷地区建筑面向冬季主导风向的外门应设置门斗或双层外门，其它外门宜设置门斗或应采取其它减少冷风渗透的措施。
3、甲类公共建筑各单一立面窗墙面积比（包括透光幕墙）不宜大于 0.70。
4、公共建筑屋顶透明部分的面积不应大于屋顶总面积的20%。
5、建筑外门、外窗的气密性分级应符合国家标准《 建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》中的规定，并应满足下列要求：
1）10 层及以上建筑外窗的气密性不应低于 7 级；
2）10 层以下建筑外窗的气密性不应低于 6 级；
3）寒冷地区外门的气密性不应低于 4 级。
2.5、围护结构的热工设计，建筑热工规定性指标：
住宅建筑应符合河南省采暖居住建筑各部分围护结构传热系数限值表中限值的规定。
公共建筑当不能满足上表规定指标时，应在施工图设计阶段进行性能化设计，依据《公共建筑节能设计标准实施细则》规定进行权衡判断。
三、本项目单体建筑出现以下情况，应加强建筑节能技术措施，并在施工图设计阶段对整个建筑的耗热量进行验算：
3.1、居住建筑的体形系数大于0.33（4~8层的住宅建筑）、大于0.26（≥14层的住宅建筑）、；公共建筑体形系数大于0.40。
3.2、采用节能构造措施后，居住建筑围护结构的传热系数超过《河南省居住建筑节能设计标准》围护结构热工设计中传热系数限值（寒冷地区）规定的限值；公共建筑围护结构的传热系数超过《河南省公共建筑节能设计标准》围护结构热工设计中传热系数限值（寒冷地区）规定的限值。
3.3、居住建筑窗墙比不符合《河南省居住建筑节能设计标准》中建筑的窗墙面积比限值规定的要求。
四、施工图阶段拟采用的建筑围护结构节能技术措施说明：
4.1、屋面：平屋面保温材料为80/100厚挤塑聚苯板：λ=0.03W/（m.k），燃烧性能B1级；
4.2、外墙：60/80厚半硬质岩棉板：λ=0.040/0.048W/（m.k），燃烧性能A级；
4.3、分隔供暖与非供暖空间的隔墙保温材料为20厚无机轻集料保温砂浆I型，燃烧性能A级；
4.4、周边地面和非周边地面的下部采用50厚挤塑聚苯板，燃烧性能B2级；
4.5、外门窗
断桥铝双玻窗（6+12Ar+6遮阳型），传热系数2.20 W/（㎡•K）；
4.6、底面接触室外空气的架空或外挑楼板保温材料采用80厚半硬质岩棉板：燃烧性能A级；
4.7、地下室外墙（与土壤接触的外墙）保温材料采用30/50厚挤塑聚苯板，燃烧性能B2级，传热阻为0.91（㎡.K）/w；
4.8、非供暖地下室顶板保温材料采用70/80厚半硬质岩（矿）棉板，燃烧性能A级。
五、单体热工设计参数
5.1、多层住宅（底部2层为配套服务用房）：
5.1.1.公建部分：地上1、2层
体型系数0.47≤0.50；东：1.00；西：0.60；南：0.60；北：0.60。屋面传热系数0.30 W/（㎡.K）≤0.40 W/（㎡.K）；外墙传热系数0.45W/（㎡.K）≥0.45 W/（㎡.K）；外窗传热系数2.0 W/（㎡.K），太阳得热系数0.56，可见光透射比0.60；非供暖楼梯间与供暖房间之间的隔墙热系数--W/（㎡.K）≤1.50 W/（㎡.K），周边地面热阻1.52（㎡.K/W）≥0.60（㎡.K/W）。
局部不满足《河南省公共建筑节能设计标准》，在权衡计算后满足能耗要求。（设计建筑能耗41.22kWh/㎡＜参照建筑能耗42.96kWh/㎡）。
5.1.2.住宅部分：地上3-7层，地下2层
体型系数0.39≥0.33；东：0.14；西：0.14；南：0.48；北：0.32。屋面传热系数0.30 W/（㎡.K）≤0.35 W/（㎡.K）；外墙传热系数0.84W/（㎡.K）≥0.60 W/（㎡.K）；外窗传热系数2.0 W/（㎡.K），太阳得热系数0.57，可见光透射比0.60；非供暖楼梯间与供暖房间之间的隔墙热系数0.74 W/（㎡.K）≤1.50 W/（㎡.K），周边地面热阻1.52（㎡.K/W）≥0.56（㎡.K/W）。
局部不满足《河南省居住建筑节能设计标准（寒冷地区）》，在权衡计算后满足能耗要求。（耗热量设计值10.27W/m2＜耗热量限值10.60W/m2）。
5.2、幼儿园：
地上3层
体型系数0.30＜0.40；东：0.18；西：0.10；南：0.50；北：0.38。屋面传热系数0.37W/（㎡•K）＜0.45 W/（㎡•K）；外墙传热系数0.41 W/（㎡•K）＞0.45 W/（㎡•K）；外窗传热系数2.70 W/（㎡.K），太阳得热系数0.37，可见光透射比0.60；周边地面热阻1.52（㎡.K/W）≥0.60（㎡.K/W）。非供暖楼梯间与供暖房间之间的隔墙传热系数0.90W/（㎡•K）≤1.50 W/（㎡•K）
局部不满足《河南省公共建筑节能设计标准》，在权衡计算后满足耗电量限值指标要求。（耗电量设计值57.35 kWh/m2＜耗电量限值57.92 kWh/m2）。
5.3、高层住宅：
地上27层，地下2层
体型系数0.22≤0.26；东：0.30；西：0.30；南：0.45；北：0.29。屋面传热系数0.30 W/（㎡.K）≤0.40 W/（㎡.K）；外墙传热系数1.00W/（㎡.K）≥0.70 W/（㎡.K）；外窗传热系数2.00 W/（㎡.K），太阳得热系数0.57，可见光透射比0.40；非供暖楼梯间与供暖房间之间的隔墙热系数0.76W/（㎡.K）≤1.50 W/（㎡.K），周边地面热阻1.52（㎡.K/W）。
局部不满足《河南省居住建筑节能设计标准（寒冷地区）》，在权衡计算后满足能耗要求。（耗热量设计值8.37W/m2＜耗热量限值8.40W/m2）。
六、给排水节能设计
6.1、合理利用市政管网压力，采用分区供水方式
充分利用市政管网压力，采用分区供水方式，减少二次加压能耗。本工程所处市政给水压力为0.24MPa左右。三层及以下楼层采用市政管网直接供水，即充分利用市政管网压力又不至于使低楼层管网压力过高，造成能耗及水量浪费，水泵流量选取上可减去一直三层的用水量，降低水泵功率，减少能耗。
6.2、给水管上设水表，分户计量，计划用水，节约水资源。
6.3、使用节水型卫生器具
1）座便器采用6L水箱节水型大便器，蹲便采用延时自闭冲洗阀，在出水一定时间后自动关闭，可避免长流水现象。
2）水嘴采用充气水龙头代替普通水龙头，在水压相同的条件下，节水龙头比普通水龙头有着更好的节水效果，节水量在20%~30%之间。
3）使用优质管材、阀门
给水管采用给水用聚丙烯（PP-R）及管件，立管采用钢塑复合管。排水管采用排水用硬氯乙烯（U-PVC）管及管件。采用以上管材管道不生锈，基本无二次水质污染情况，且不易渗水漏水。
6.4、控制超压出流
当配水点处静压力大于0.20MPa时，采取减压措施，保证卫生器具出水静压力过高造成出水量过大浪费。
6.5、生活给水系统和消防给水系统两者分别单独设置
本建筑给水设计中把生活给水系统和消防给水系统两者分别单独设计，因为两种给水系统对水压的要求不同。从节能节流、节约工程投资、运行管理方便的各个角度来看，应把生活、消防给水系统分开设置，便于合理确定各给水系统的竖向分区的压力值，避免造成能量浪费。
6.6、消火栓选配衬胶水龙带以减少水头损失。
6.7、设备选型中选用高效低噪音的节能产品。
七、暖通节能设计
7.1、所有设备均采用节能产品。
7.2、合理进行风管系统设计，降低管路阻力，从而降低设备功率。
7.3、地下车库排风兼排烟采用双速风机，降低平时排风功率。
7.4、本工程采暖系统各采暖系统热力入口设热计量表。户内系统为散热器采暖系统，采用分层热计量，散热器设置远传型自力式恒温控制阀，通过各房间内的温控器控制相应回路上的调节阀，改变采暖热水流量来调节、控制室内温度，最终达到节约能源的目的。
7.5、非采暖房间及管道井内采暖管采用离心玻璃棉保温，管径≤DN70时，保温厚度为40mm，管径＞DN70时，保温厚度为50mm，做法详见《管道及设备保温》。
八、电气节能设计
8.1、配电变压器均选用SCB13型低损耗、低噪音节能型变压器，且接线组别为“D，yn11”型；SCB13-800kVA变压器空载损耗不大于1215W，负载损耗不大于6960W；SCB13-1250kVA变压器空载损耗不大于1670W，负载损耗不大于9690W。变电所及电气竖井靠近负荷中心设置（供电半径不超过150米），缩短电源与主要负载的距离，减少输电线路的电能损耗。
8.2、变电所低压侧集中无功补偿，补偿后变压器低压侧的功率因数不小于0.9，高压侧的功率因数指标，应符合当地供电部门的规定。减小变压器的安装容量及电气元器件的规格，从而节约原材料；由于从电源输出的无功电流减少，也就减少了输电线路的电能损耗。并且配套电抗器抑制主要谐波，提高电能质量。
8.3、变配电系统采用集中监控管理系统，实现配电室无人值守。通过精确的电能计量与分析，用电波峰波谷调配，从而提高设备的利用效率，降低运行成本。
8.4、采用高效低耗节能光源与灯具，所有荧光灯均配长寿命、低谐波、高功率因数的电子镇流器，cosφ= 0.95。所有元器件均选择符合国家能效标准要求的产品。各种照明场所的照明功率密度严格按照《建筑照明设计标准》的规定执行。
8.5、公共照明部分如次级道路、草坪等，采用太阳能光伏发电技术和LED产品；小区路灯定时控制，公共走道照明采用自熄开关控制；房间内设多个就地照明开关，个人可根据明暗自主开关灯具。白天尽量采用自然光照明。
8.6、低压配电采用分区分项计量，动力、空调及照明插座总进线回路均在变电所低压配电柜处计量，以便成本核算，减少浪费。
8.7、本工程的电梯选用高效、节能型，均采用变压变频调速（VVVF）（消防电梯不采用变频调速）、高效永磁同步驱动电机、能量回馈及存储节能技术，并采取电梯群控、轿厢无人自动关灯、驱动器休眠技术、自动扶梯感应启停。生活水泵采用变频器调速，减少电能浪费。
8.8、单相负荷均衡分配到三相上，当单相负荷的总计算容量小于计算范围内三相对称负荷总计算容量的15％时，全部按三相对称负荷计算；当超过15％时，将单相负荷换算为等效三相负荷，再与三相负荷相加。
九、利用新能源
在节约能源、保护环境方面，新能源的利用起至关重要的作用，要合理利用新能源技术。新能源通常指非常规的可再生能源，包括有太阳能、地热能、风能、生物质能等。
⑴太阳能
太阳能是常被建筑利用的可再生能源，它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。太阳能与建筑结合为人们有效利用可再生能源提供了一个理想途径。主动式太阳能建筑通过高效集热装置来收集获取太阳能，然后由热媒将热量送人建筑物内的建筑形式。被动式太阳能建筑指太阳能向室内的传递不借助于机械动力，而完全由自然的方式传递。
⑵地热能
由于较深的地层在未受干扰的情况下常年保持恒定的温度，远高于冬季的室外温度，又低于夏季的室外温度，因此可以利用地内的能量来为人类服务。目前应用最多的是地源热泵，冬季通过热泵把大地中的热量升温后对建筑供热。夏季通过热泵把建筑物中的热量传输给大地，对建筑物降温。大地起到一个蓄能器的作用，进一步提高空调系统全年的能源利用效率。
⑶风能
利用风能可以发电，同时实现被动式降温。建筑上一般采用小型或微型风力发电机，只要有能使树叶摇动的微风就能使发电机工作。它非常适合夜间建筑亮化照明等用途。建筑的自然通风可以改善室内热舒适和空气质量。夏季，利用自然通风进行被动式降温可减少空调能耗，防止“建筑综合症”的发生，而冬天则可以驱除室内多余潮气和污染物，以减少采暖能耗。
十、结束语
总之，建筑节能是一项全方位的综合性的系统工程，建筑节能设计是建筑可持续发展的重要设计课题，涉及方方面面的问题。因此在实际的设计工作中我们要多研究、多尝试、多积累、多总结、多创新，将建筑设计、节能设计和技术更好地结合起来，创造出更多的更优秀的住宅建筑、节能建筑。